מהו SPI?
ממשק היקפי טורי (SPI) הוא ממשק תקשורת טורית סינכרונית בשימוש נרחב.
זהו פרוטוקול תקשורת דופלקס מלא המאפשר העברת נתונים בין התקן מאסטר למספר התקני עבדים.
הפרוטוקול פותח על ידי מוטורולה בשנות ה-80 ומאז הפך לבחירה פופולרית לחיבור מיקרו-בקרים,
חיישנים והתקנים אחרים במערכות משובצות.
בפוסט זה, נסקור מקרוב את פרוטוקול SPI, תכונותיו, ויתרונותיו.
התכונות של SPI
SPI הוא ממשק ארבעה חוטים הכולל קו שעון SCLK, קו נתונים MOSI, קו נתונים MISO וקו בחירת שבב CS.
קו SCLK משמש לסנכרון העברת נתונים בין מכשירי האב והעבדים.
קו MOSI משמש להעברת נתונים מהמאסטר לעבד, וקו MISO משמש להעברת נתונים מהעבד למאסטר.
קו CS משמש לבחירת התקן העבד שיתקשר עם המאסטר.
SPI הוא פרוטוקול מאסטר-slave, מה שאומר שהמכשיר הראשי יוזם את כל התקשורת עם התקני העבד.
המאסטר יוצר את אות השעון ושולט בהעברת הנתונים, בעוד שמכשירי העבד מקבלים את אות השעון ומגיבים לפקודות המאסטר.
אחד המאפיינים המרכזיים של SPI הוא הפשטות שלו.
לפרוטוקול יש מספר קטן של חוטים, מה שמקל על היישום בחומרה.
היתרונות של SPI
ישנם מספר יתרונות לשימוש ב-SPI במערכות משובצות.
מהירות גבוהה – ל-SPI יש קצב העברת נתונים גבוה, מה שהופך אותו לאידיאלי עבור יישומים הדורשים תקשורת מהירה בין מכשירים.
פשטות – SPI הוא פרוטוקול פשוט עם מספר קטן של חוטים, מה שמקל על היישום בחומרה.
צריכת חשמל נמוכה – ל-SPI יש תקורה נמוכה, מה שאומר שהוא צורך פחות חשמל מפרוטוקולי תקשורת אחרים.
גמישות – SPI מאפשר תקשורת בין מכשיר מאסטר למספר התקני עבדים, מה שהופך אותו לפרוטוקול רב תכליתי עבור מגוון רחב של יישומים.
איך SPI עובד?
במערכת תקשורת SPI, ההתקן הראשי יוזם תקשורת על ידי בחירת התקן עבד באמצעות קו CS.
לאחר בחירת התקן העבד, המאסטר יוצר אות שעון על קו SCLK, ונתונים מועברים בין התקני המאסטר והעבד בקווי MOSI ו-MISO.
העברת הנתונים ב-SPI היא סינכרונית, מה שאומר שהמאסטר מייצר אות שעון המשמש לסנכרון העברת הנתונים בין מכשירי האב והעבדים.
אות השעון נוצר בדרך כלל על ידי מחולל שעון במכשיר הראשי.
העברת הנתונים ב-SPI יכולה להיות דופלקס מלא או חצי דופלקס.
במצב דופלקס מלא, נתונים מועברים בשני הכיוונים בו זמנית, בעוד שבמצב חצי דופלקס, נתונים מועברים רק בכיוון אחד בכל פעם.
במצב דופלקס מלא, התקן המאסטר שולח נתונים על קו MOSI תוך קבלת נתונים על קו MISO.
במצב חצי דופלקס, קווי MOSI ו-MISO משותפים, והנתונים מועברים רק בכיוון אחד בכל פעם.
העברת הנתונים ב-SPI מתבצעת גם על ידי המכשיר הראשי.
המאסטר שולח פקודה למכשיר העבד, והעבד מגיב עם הנתונים המבוקשים.
לאחר השלמת העברת הנתונים, המאסטר מבטל את בחירת התקן העבד על ידי הגדרת קו ה-CS גבוה,
והתקשורת בין מכשירי האב והעבדים מופסקת.
יישומים של SPI
SPI נמצא בשימוש נרחב במערכות משובצות עבור מגוון יישומים.
חיבור מיקרו-בקרים וחיישנים – SPI משמש לחיבור מיקרו-בקרים וחיישנים במערכות Embeded.
מיקרו-בקרים משתמשים ב-SPI כדי לתקשר עם חיישנים והתקנים אחרים, וחיישנים משתמשים ב-SPI
כדי להעביר נתונים אל המיקרו-בקר.
זיכרון פלאש – SPI משמש בהתקני זיכרון פלאש לקריאה וכתיבה של נתונים.
התקני זיכרון פלאש משתמשים ב-SPI כדי לתקשר עם המיקרו-בקר ולהעביר נתונים.
צגי LCD – פרוטוקול SPI משמש בתצוגות LCD להעברת נתונים מהמיקרו-בקר לתצוגה.
SPI משמש לשליחת פקודות ונתונים לתצוגה, אשר מוצגת לאחר מכן על המסך.
בקרי אתרנט – SPI משמש בבקרי אתרנט לתקשורת עם המיקרו-בקר והעברת נתונים דרך הרשת.
SPI משמש לשידור וקבלה של מנות נתונים דרך הרשת.
התקני שמע – SPI משמש בהתקני שמע להעברת נתונים בין המיקרו-בקר לקודק האודיו.
SPI משמש להעברת נתוני שמע מהמיקרו-בקר לקודק האודיו ולהיפך.
ADC ו-DAC – פרוטוקול SPI משמש ב-ADC ו-DAC להעברת נתונים בין המיקרו-בקר לממיר האנלוגי
לדיגיטלי והממיר הדיגיטלי לאנלוגי. SPI
משמש להעברת נתונים דיגיטליים מהמיקרו-בקר לממיר ולהיפך.
אתגרים בעבודה עם SPI
בעוד ל-SPI יש כמה יתרונות, ישנם גם כמה אתגרים הקשורים לפרוטוקול.
אחד האתגרים העיקריים עם SPI הוא שהוא דורש קו CS ייעודי לכל מכשיר עבד.
זה יכול להגביל את מספר התקני העבד שניתן לחבר להתקן מאסטר.
אתגר נוסף עם SPI הוא שהוא אינו תומך בחיבור חם של מכשירים.
חיבור חם מתייחס ליכולת לחבר ולנתק מכשירים בזמן שהמערכת פועלת.
מכיוון ש-SPI דורש קו CS ייעודי לכל מכשיר, הוספה או הסרה של התקנים בזמן שהמערכת פועלת עלולה לגרום לשגיאות תקשורת.
לבסוף, SPI הוא פרוטוקול סינכרוני, מה שאומר שהוא דורש אות שעון כדי לסנכרן את העברת הנתונים בין מכשירי האב והעבדים.
זה יכול להגביל את קצב העברת הנתונים המרבי, במיוחד למרחקים ארוכים.
